CH655208A5 - Verfahren zur herstellung eines kommutator-halbfabrikats. - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Kommutator-Halbfabrikats, dessen Innenseite Längsrippen aufweist, die als Verankerungselemente für die Kommutator-Lamellen dienen.

Bei einem Kollektor auf einem Rotor eines Elektromotors sind bezüglich der Festigkeitsverhältnisse, zu welchen auch die Gedrungenheit des Kommutators gehört, wichtige Konstruktionsteile die Verankerungselemente der Lamellen. Die Lamellen müssen auch bei hohen Drehgeschwindigkeiten durch diese Verankerungselemente in ihrer ursprünglichen Lage gehalten werden, welchem Zustand aber einerseits die Zentrifugalkraft einzelner Lamellen und andererseits ein Kippmoment, das sich in der Lamelle beim Prallen einer Kollektorbürste auf die Längskante der Lamelle in ihrer Umfangsrichtung ergibt, entgegenwirkt.

Um der dargelegten Festigkeitssituation der Lamellen bzw. des eigentlichen Kollektors Genüge zu leisten, wobei die Fertigung der Kommutatoren in Kostenhinsicht noch annehmbar sein sollte, wurden in Abhängigkeit von der Ausgangsform des Rohlings, d.h. eines Kupferbandes oder -rohres,

vorher schon verschiedene Lösungen vorgeschlagen.

Gemäss der GB-PS 1 223 677 wird als Ausgangswerkstoff ein Band gleichmässiger Stärke genommen, worin längs eines Randes in gleichmässigen Abständen angeordnete Vor-s spränge rechteckiger Form ausgestanzt sind, während längs des anderen Randes ebenso in gleichmässigen Abständen angeordnete, doch stufenweise geformte Vorsprünge vorgesehen sind, von denen der jeweilige Vorsprung im Bereich der Abstufung quer zur Längsrichtung des Bandes geschnitten io ist; dadurch entstehen Lappen von grösserer Länge, die abschliessend als Anschlussfahnen dienen, und kürzere Lappen, deren Länge der der selbständigen rechtwinkligen Vorsprünge längs der gegenüberliegenden Seite des Bandes gleich ist und die zur Bildung der Verankerungshaken vorge-ls sehen sind.

Da ein Kupferband gleichmässiger Stärke verwendet wurde, musste man bei Kommutatoren grösserer Durchmesser und Länge und zusätzlich von höherer Drehzahl mit verhältnismässig starkem Kupferband rechnen, damit den 20 Festigkeitskriterien Genüge geleistet wird. Daraus, dass längs einer Kante des Bandes wechselweise Anschluss- und Verankerungslappen vorgesehen sind, folgt, dass diese Kommutatoren aus geometrischen Gründen lediglich für eine niedrigere Lamellenanzahl geeignet sind, wodurch das Gebiet ihrer 25 Anwendung begrenzt wird. Die Verankerungshaken werden durch Umbiegen der erwähnten kürzeren Lappen nach innen geformt; die Lamellen sind mithin mit ihren Enden verankert, weswegen sie beim Betrieb als eine Gesamtheit der Wirkung der Zentrifugalkraft und somit der Gefahr, dass sie sich 30 von der Pressmasse abtrennen, ausgesetzt sind. Die Isolierungsnuten sind sehr tief. Zur Fertigung eines gestanzten Rohlings, wo es sich um gleichzeitiges Stanzen und Einschneiden handelt, ferner zum Biegen von Verankerungshaken und zum Auspressen des Halbfabrikats mit einer Iso-35 liermasse sind aufwendige Werkzeuge notwendig. Dabei darf der verhältnismässig grosse Materialabfall beim Stanzen nicht vernachlässigt werden. In obigem sind die wesentlichen baulich-technologischen Nachteile der bekanntgewordenen Lösung zu sehen.

40 Gemäss der DE-OS 1 955 122 wird als Ausgangswerkstoff ebenso ein Band verwendet, doch dieses Band wird zuerst in Längsrichtung gewalzt und dabei werden durch Formänderung des Werkstoffes quer orientierte Rippen und zusätzlich ein glatt gewalzter Randstreifen, ein Längsabschnitt, welcher 45 reduzierte Stärke aufweisen kann, gefertigt. Anschliessend wird dieser Randstreifen im Bereich zwischen den Rippen ausgestanzt, wodurch Anschlussfahnen gebildet werden; das derart bearbeitete Band wird danach in entsprechend abgelängter Form in eine ringförmige Gestalt umgewandelt. In so einer Arbeitsoperation werden die Anschlussfahnen nach aussen abgebogen und die innen befindlichen Rippen von beiden Enden her in axialer Richtung eingeschnitten; die somit losen Rippenabschnitte werden in Richtung zur Längsachse des Erzeugnisses gebogen. Es entstehen somit Veran-55 kerungselemente der Lamellen.

Es wird festgestellt, dass zum Walzen des Bandes ein kostspieliges und aufwendiges Profilwerkzeug erforderlich ist, dass ferner der Werkstoff durch den Längs- und Querschnitt ungleichmässig geknetet ist und dass (insbesondere in 60 Zusammenhang mit letzteren) im Band Rückstandsspannungen auftreten, die das gewalzte Stück in Längsrichtung zu deformieren versuchen. Die ungleichmässige Härte des Kupfers durch die Lamellenbreite verursacht ungleichmässige Abnutzung der Bürsten.

65 Auf dem Gebiet der Kommutatorfertigung, wo als Rohling ein Kupferrohr verwendet wird, ist der Arbeitsablauf dem beschriebenen Ablauf bei der Verwendung eines Bandes analog: In einigen Fällen geht man von glatten Rohren, in

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anderen Fällen von Profilrohren aus. Im übrigen handelt es sich dabei um analoge Nachteile wie vorstehend beschrieben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bekannte Verfahren der Kommutatorfertigung sowie den Kommutator selbst in dem Sinne zu verbessern, dass eine günstige Lösung eines Kommutators hinsichtlich der Herstellungskosten und in baulich-technischem Sinne erzielt wird und dessen Anwendungsgebiet auf keinerlei Art beschränkt ist. Diese Aufgabe wird mit einem in Anspruch 1 beschriebenen Verfahren gelöst.

Die Erfindung ist im Folgenden anhand der Ausführungsbeispiele gemäss beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben. Darin zeigen:

Fig. 1 a ein Beispiel eines gewalzten Bandrohlings mit zwei Längsstreifen von reduzierter Stärke;

Fig. lb ein Beispiel eines gewalzten Bandrohlings mit zwei Rand- und einem Mittelstreifen von reduzierter Stärke.

Fig. lc ein Beispiel eines rohrartigen Rohlings mit glatter Wand;

Fig. 2a ein abgelängtes Stück des Rohlings aus Fig. la mit angedeuteter Orientierungsausnehmung;

Fig. 2b ein Element aus Fig. 2a mit eingestanzten Anschlusslappen;

Fig. 2c einen rohrartigen Rohling aus Fig. 1 c nach beendetem stauchweisem Reduzieren der Rohrwandstärke und Formieren der Orientierungsausnehmung;

Fig. 3 a einen Gegenstand aus Fig. 2a nach Erhalt der zylinderförmigen Gestalt;

Fig. 3b einen Gegenstand aus Fig. 2c nach Abschneiden des im Überschuss vorliegenden Materials;

Fig. 4a einen Gegenstand nach beendetem Arbeitsschritt des stauchweisen Auseinanderschiebens der inneren Schicht des Werkstoffs;

Fig. 4b einen Gegenstand aus Fig. 4a nach beendetem Arbeitsschritt der Verflachung der Grate der durch das Auseinanderschieben des Materials auf die Art des Grabenzieh-pflügens gebildeten zweigratigen Rippen;

Fig. 5a, 5b zwei Beispiele der Realisierung der bekannten Art der Erzeugung von Verankerungselementen durch Anspalten der Rippen, die gemäss dem vorliegenden Verfahren gefertigt wurden;

und

Fig. 6 einen mit isolierender Pressmasse ausgepressten Kommutator in einem Teilschnitt, worin der nach dem erfin-dungsgemässen Verfahren hergestellte Gegenstand verwendet ist.

Aus Fig. 1 bis 3 ist es ersichtlich, dass es sich um Rohlingsformen bzw. Arbeitsschritte zu deren Fertigung handelt, die in baulicher Hinsicht einfach und hinsichtlich der Kosten günstig sind. Mit Bezug darauf, dass das Wesen der Erfindung erst in dem in Fig. 4a gezeigten Arbeitsschritt zum Vorschein kommt, wird man in eine gründlichere Beschreibung der vorhergehenden Arbeitsschritte aus praktischen Gründen nicht eingehen.

Wird als Ausgangsmaterial ein flaches Kupferband verwendet, werden gemäss den Figuren la, lb, 2a, 2b die beiden Randbereiche la, lb durch glattes Walzen dünner gemacht, wobei Abschnitt 1 a breiter wird als Abschnitt lb. Anschliessend werden gemäss Fig. 2a Lappen ausgestanzt, die später die Anschlussfahnen 4 ergeben. Gemäss Figur lb kann auch der Mittelbereich eine dünnere Zone aufweisen. Das so vorgeformte Band wird mit einer Orientierungsausnehmung ld versehen und anschliessend zu einem zylindrischen Ringstück 1 geformt.

Wenn man dagegen gemäss Fig. lc als Rohling ein entspre-5 chend abgelängtes glattes Kupferrohr verwendet, dann wird die Rohrstärke an den Endabschnitten des Rohres durch Stauchen der Innenschicht des Materials nach innen dünner gemacht und danach der im Inneren im Überschuss vorliegende geknetete Werkstoff abgeschnitten, Fig. 2c und 3b, und ein Positionierungseinschnitt ld gebildet.

Das solcherart behandelte Rohrstück und das vorstehend erwähnte zylindrische Ringstück 1 aus einem Band sind zueinander zur Durchführung des nachfolgenden Fertigungsschritts der Bildung der Verankerungselemente für die Lamellen gleichwertig.

In Fig. 4a ist der Zustand des zylindrischen Mantels 1 nach vollendetem Auseinanderschieben der Innenschicht des Mantelwerkstoffes dargestellt. Mit strichpunktierter Linie A ist die ursprüngliche innere Kontur des stärkeren Abschnitts lc angedeutet. Er war einer stauch- und knetweisen Deformation auf die Art des Grabenziehpflügens unterworfen, wobei die Masse der Innenschicht des Abschnitts lc auseinandergeschoben worden ist und sie durch Fliessen im wesentlichen in radialer Richtung Längsrippen 2 mit je zwei Längsgraten 2a gebildet hat. Nach dem Ausziehen des nicht dargestellten Knetwerkzeuges, das aus einfachen, kranzweise angeordneten nadeiförmigen Elementen besteht, liegen zwischen den Rippen 2 Längsnuten 3 vor, deren Bodenfläche 3a wesentlich näher der Aussenfläche des zylindrischen Mantels 1 als die ursprüngliche innere Kontur A liegt. Dadurch wird die erwünschte Reduzierung der Stärke des Materialbundes, der anschliessend in Längsrichtung zerschnitten wird (Fig. 6), erzielt.

Aus Fig. 4a ist auch der hinsichtlich der Festigkeit günstige Querschnitt der Rippen 2 ersichtlich. Im wesentlichen handelt es sich um einen rechtwinkligen Querschnitt, der hinsichtlich der Festigkeit günstiger ist als der Querschnitt der bekannten, durch Walzen gebildeten Rippen, bei welchen ein Evolventen- oder ein diesem ähnliches Profil vorlag.

Im anschliessenden Arbeitsschritt wird ins Innere des profilierten Mantels 1 ein nicht dargestellter zylindrischer Dorn eingedrückt, der die Masse der Längsgrate 2a in tangentialer Richtung auf die jeweilige Seite der Rippen 2 in den Bereich der benachbarten Nuten 3 auseinanderschiebt. Fig. 4b zeigt die Ausbildung des Erzeugnisses nach diesem Arbeitsschritt. Die primären Grate 2a sind nun zu Graten 2b, die bezüglich ihrer Ausbildung und Orientierung Verankerungselemente der künftigen Lamellen bilden, umgewandelt.

so Mit Bezug auf die gegebenen geometrischen oder dynamischen Verhältnisse kann man entweder schon das Erzeugnis im Behandlungsstand nach Fig. 4a oder aber nach dem Arbeitsschritt gemäss Fig. 4b weiter behandeln in an sich bekannter Weise, indem man die Rippen 2 in Längsrichtung ss einschneidet und danach die Verankerungszinken 7, wie aus Fig. 5a, 5b ersichtlich, bildet.

Anschliessend wird der Kommutator mit isolierender Pressmasse ausgepresst, worauf der nicht ausgepresste Endabschnitt 1 a zersägt wird, um Anschlussfahnen 4 zu gewähret» leisten, und in Längsrichtung auch der Mantel 1 zersägt wird, damit Lamellen 5 mit dazwischenliegenden Luftspalten 6 entstehen. Solcher Zustand des Kommutators geht aus Fig. 6 hervor.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

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1. Verfahren zur Herstellung eines Kommutator-Halbfabrikats, dessen Innenseite Längsrippen (2) aufweist, die als" Verankerungselemente für die Kommutator-Lamellen (5) dienen, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren die Schritte enthält a) Spanloses Verformen des Materials derart, dass der Kommutator-Ring an seinen beiden Endbereichen (la, lb) dünner ist als in seinem Mittelbereich ( 1 c) und dass einer der Endbereiche (la) breiter ist als der andere (lb),

b) Bilden der je zwei Längsgrate (2a) aufweisenden Längsrippen (2) durch spanloses Auseinanderschieben des Werkstoffes des Mittelbereiches (lc) auf die Art des Grabenzieh-pflügens, bei welchem das Material in radialer Richtung weg-fiiesst.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein flaches Band verwendet wird, dessen Längsrandbe-reiche nach Schritt a) durch Walzen dünner gemacht werden und im breiteren Randbereich (lb) gleichmässige Lappen, die der Herstellung von Anschlussfahnen (4) dienen, ausgestanzt werden, anschliessend ein Ringstück (1) geformt wird, dessen Innenabschnitte (lc) gemäss Schritt b) mit Längsrippen (2) versehen wird.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein glattwandiges Rohr gemäss Schritt a) mit zwei unterschiedlich breiten, dünneren Randbereichen versehen wird und anschliessend die Längsrippen gemäss Schritt b) gebildet werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein flaches Band zuerst gemäss Schritt a) mit Randbereichen unterschiedlicher Dicke und Breite und dann gemäss Schritt b) mit Rippen versehen wird und anschliessend ein Ringstück geformt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsgrate (2a) der Rippen (2) verflacht werden derart, dass die Grate tangential beidseitig der Rippen in den Bereich der bei der Bildung der Rippen entstandenen Längsnuten (3) reichen.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass aus den Längsrippen (2) durch Einschneiden derselben in ihrer Längsrichtung und anschliessendes Abbiegen der abgespaltenen Abschnitte in Richtung der Ringstück-Mittelachse Verankerungszinken (7) geformt werden.